多功能跑步機機械結構設計含8張CAD圖

多功能跑步機機械結構設計含8張CAD圖,多功能,跑步,機械,結構設計,cad 多功能跑步機機械結構設計 摘 要 跑步機是家庭日常生活經常用到的器材，它具有結構簡單、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于各場所和家庭。根據人體工程學而設計的跑步機，符合一般人的健身要求，這樣的設計科學合理。 本題目是休閑娛樂類跑步機,安全性能高的跑步機。跑步機在現(xiàn)今市場上依舊比較少見，其原因主要在于其市面已有結構設計部分不合理，使用的穩(wěn)定性不高。至此導致市面上多為跑步機較為少見。此次課題設計，力求設計出優(yōu)于市面原有的產品，完善跑步機的缺點，真正意義上的讓跑步機推廣出來。 由于跑步機的特殊性，安全問題更值關注，如何正確使用跑步機，和跑步機的保養(yǎng)同樣重要。 關鍵詞：總體結構；傳動機構；減震系統(tǒng)；跑步板；跑步機使用；多功能設計 Abstract The porting of operating system is the significant segment of Embedded System development.The writer gives out process and means to transform the embedded linux os with root file system into the hardware platform based on ARM9 core.First of all introduced baseds on S3C2410's system hardware composition and Linux's crux of a matter composition,afterwards how analysed transplanting Linux up the target plank means together with move, and finally establishs a document system.By means of the stringtrain rim Net rim or JTAG's rim bakes till the target plank,and that system cost is leted drop Work is steadyd The commonality is powerful,usable much kinds of industry situations being living.… Because of the particularity of the race apparatus, safe problem is worth paying close attention toer, how to use the race apparatus correctly, it is as important as maintenance of the race apparatus. Keywords：Overall structure；Main transfer machinery；Damping system；Run board；Run , machine use；Muti_function design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 課題背景 1 1.2 目的和意義 3 1.3 構造設計 3 1.4 功能原理的確定 4 1.5 種類分析 4 1.6 本章小結 5 第2章 電動機的選擇及外形結構設計 6 2.1 類型功率選擇 6 2.2 技術參數(shù) 6 2.3 設計步驟及參數(shù)選擇 7 2.4 多楔帶帶輪結構和尺寸選擇 9 2.5 基架的設計 10 2.6 支架的設計 11 2.7 前后罩 12 2.8 本章小結 13 第3章 前后滾筒 14 3.1 軸承的計算 14 3.2 軸結構的設計 14 3.3 強度計算 15 3.4 滾筒要求 15 3.5 本章小結 15 第4章 跑步板及跑步帶設計 16 4.1 跑步板 16 4.2 跑步帶 16 4.3 跑帶調整 16 4.4 跑臺潤滑油的填加 17 4.5 本章小結 18 第5章 多功能設計 19 5.1 扭腰盤設計 19 5.2 連接結構設計 19 5.3 旋轉結構設計 20 5.4 仰臥起坐架的設計 20 5.5 跑步機的維護與保養(yǎng) 21 5.6 如何使用跑步機 21 5.7 本章小結 22 結 論 23 致 謝 24 參考文獻 25 VI 第1章 緒 論 1.1 課題背景 跑步是目前國際流行并被醫(yī)學界和體育界給予高度評價的有氧健身運動，是保持一個人身心健康最有效、最科學的健身方式，也越來越受到大家喜愛。 戶外長跑曾經是大眾最喜聞樂見的運動形式，沿著林蔭道呼吸著早晨清新的空氣，聽著枝頭的鳥鳴，既能愉悅身心，又可鍛煉體魄。只是隨著都市的大氣變得污濁，生活節(jié)奏變得緊張，戶外長跑變得不那么流行了，而跑步機則成了時下健身最熱門的健身器械。跑步機不僅可以讓我們免受汽車尾氣之苦，也使我們可以選擇自己方便的時間隨時鍛煉。 電動跑步機，又名電動跑臺，是多年來國際流行的大眾健身器材，通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，鍛煉者可體驗不同的跑步環(huán)境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等，個人可以根據自己的鍛煉目的進行鍛煉。 跑步機在健身者運動時能顯示出跑步時的速度、時間、心率、熱量、節(jié)拍、距離等指標，使健身者能夠隨時根據自身的身體狀況調節(jié)訓練強度。 跑步機雙面寬厚的跑帶帶給您草地般舒適感覺，馬力強勁的電機帶給您澎湃恒久的動力，靈敏的控制器配合芯片使您在跑步過程中隨心所欲，堅固的鋼架以及防爆沖裝置使您的安全盡在掌握。電跑使您在繁忙的工作之余仍然可以盡享運動的樂趣...... 跑步機的名稱始見于唐代，而跑步機的形象則要上溯到漢魏時傳入北方的胡床。敦煌285窟壁畫就有兩人分坐在跑步機上的圖象；257窟壁畫中有坐方凳和交叉腿長凳的婦女；龍門蓮花洞石雕中有坐圓凳婦女。這此圖象生動地再現(xiàn)了南北朝時期器材、凳在仕宦貴族家庭中的使用情況。盡管當時的坐具已具備了跑步機、凳子的形狀，但因其時沒有器材、凳的稱謂，人們還習慣稱之為“胡床”，在寺廟內，常用于坐禪，故又稱禪床。唐代以后，跑步機的使用逐漸增多， 跑步機設計子的名稱也被廣泛使用，才從床的品類中分離出來。因此，論及器材、凳的起源，必須從漢魏時的胡床談起。高承《事物紀原》引《風俗通》稱：“漢靈帝好胡服，景師作胡床，此蓋其始也，今交器材是也”?！逗鬂h書。五行志一》：“漢靈帝好胡服、胡帳、胡床、胡坐、胡飯……京都貴戚皆竟為之”。這兩段記載可證，我國古代跑步機的出現(xiàn)當在漢靈帝時期（168-189年）。胡床在魏晉南北朝至隋唐時期使用較廣，有錢、有勢人家不僅居室必備，就是出行時還要由侍從扛著胡床跟隨左右以備臨時休息之用。 1996年之前,電動跑步機都是國外產品，進入家庭的大都是由自行車廠改制的生產廠制造的機械跑步機,國人對價格幾萬乃至十幾萬元的進口電動跑步機望而生畏。 1993年以后，隨著國際產業(yè)結構的調整，韓國企業(yè)向我國轉移，首先是山東祥和集團公司利用該地區(qū)電機、控制電源生產的優(yōu)勢，于1994年組建了專廠，通過充實機加工能力，結合國內外信息，祥和集團于1995年生產出了全部為自制部件的家用電動跑步機，并于次年的南昌體博會上參展。被譽為第一個民族品牌的匯祥電動跑步機，當年產量達到七千臺，銷量達到五千臺，開了生產國產電動跑步機的先河。通過不停的技術改造，到2004年達到了年產十萬臺的生產能力，同年銷售跑步機4.8萬臺，產值9360萬元，銷售收入7200萬元，同時完成了ISO9001及歐盟CE認證，并被評為山東名牌產品。 匯祥電動跑步機為擴大生產規(guī)模，合理利用生產資源，先后為一些國產企業(yè)貼牌生產，極大地提高了電動跑步機的國產占有率，也為眾多企業(yè)提供了發(fā)展樣品，帶動了整個行業(yè)的蓬勃發(fā)展。 目前，生產電動跑步機的企業(yè)集中在長江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區(qū)，總數(shù)約為50余家，其中具備規(guī)模的約為15家，而合資、獨資企業(yè)約占50%。 電動跑步機系機電一體化產品，采用匯編語言編程，用計算機控制，系國家鼓勵的發(fā)展行業(yè)。該產品的發(fā)展帶動了鋼管制造、塑料制品、電子工業(yè)，電機工業(yè)等系列發(fā)展，使人們身體鍛煉不受場地、環(huán)境、氣候的制約，寓體育鍛煉于休閑娛樂之中，全面提高國民身體素質。該產品制作過程中，無污染物及有害物質產生，外采購鋼鐵、塑料配件，電子元器件組裝，是綠色制造產業(yè)。 以胡錦濤為總書記的黨中央大力倡導建設和諧有序的發(fā)展環(huán)境，電動跑步機的發(fā)展就緊貼這一主題，為帶動行業(yè)結構調整發(fā)揮著重要作用。通過進入小康社會的國民收入提高，電動跑步機近年來也開始進入家庭，例如匯祥牌電動跑步機在中、小城市的銷售量逐年增量超過50%，許多富裕起來的城鄉(xiāng)居民紛紛選擇這一優(yōu)越的健身方式，一大批人性化設計的跑步機正在問世，通過電子技術、計算機技術、制造設備工裝的改造革新，其發(fā)展空間很大，是一種有可持續(xù)發(fā)展前途的產品。 促進國民經濟健康增長的三大要素為消費、投資、凈出口。而電動跑步機的發(fā)展，在其中占有很大比重。隨著國內恩格爾系數(shù)的不斷降低，人們由衣食住行向提高生活質量發(fā)展，電動跑步機將是國人健身的優(yōu)選器材，因為，從國外的經驗看，在電動跑步機上進行平衡鍛煉已經成為時尚。從國民經濟分類看，體育消費屬第三產業(yè)，近年增速連續(xù)超過10%，而且速度逐年加快。體育健身的消費拉動國民經濟增長的份額必然會繼續(xù)增加。這種健身消費涵蓋較廣，既有居民消費又有公共消費（如健身俱樂部等），它的消費增速超過20%，其中，電動跑步機超過40%，具有較強的發(fā)展勢頭。 國外電動跑步機制造業(yè)從上個世紀七十年代后期起步，與我國同類產品相比，除款式多樣化及附加功能開發(fā)上比較占先外，其他差距較小。例如鋼材，我國寶鋼、鞍鋼等生產的帶鋼均達到或超過國際標準，其配套的鋼管制作也達到國外標準，電機等電跑配件通過消化吸收，我們從材料到新款開發(fā)均在國際先進行列。因此，電動跑步機不同于飛機、汽車行業(yè)，與國外先進水平幾乎沒有多大差距。由此，國際著名電跑生產企業(yè)日益關注，已經開始讓我國企業(yè)為其進行貼牌產品生產。 雖然發(fā)展勢頭不錯，但是國產電跑在國內外市場上的境遇還是有差別。而國產電動跑步機在國際市場上競爭力不強的主要原因，則是缺乏名牌產品效應。而與國外企業(yè)相比起步較晚、一些小企業(yè)假冒偽劣產品生產對市場的沖擊等原因，也削弱了國產電動跑步機的市場競爭力。 目前，國際著名品牌愛康、力健、必確、太空、賽百斯等紛紛涉足中國市場，有的斥巨資投資建廠，并以較高的品牌知名度向國內企業(yè)施壓，在此情況下，盡快促進電動跑步機名牌產品的崛起，不失為政府對電動跑步機民族工業(yè)的一個有力推動，也是推動民族品牌和國產產品提高國際市場競爭力的一大捷徑。在電動跑步機國際市場競爭白熱化的情況下，國產產品能否取勝，與名牌戰(zhàn)略能否及時有效推進關系密切。 全民健身計劃的有力推進，奧運經濟對體育消費的拉動，有效地帶動了體育產業(yè)的長足發(fā)展，對提升中國體育用品公眾認知度具有深遠意義，對包括電動跑步機在內的體育用品業(yè)的發(fā)展，對促進體育用品業(yè)行業(yè)的整體提升，構筑規(guī)模效益，進入全球市場，都將提供一個大舞臺，體育健身事業(yè)和奧運經濟都在呼喚中國名牌，電動跑步機也在呼喚中國名牌。 1.2 目的和意義 本設計的主要目的在于：本設計跑步機的基本功能就是構建一條運動的跑道(跑步帶)，跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反，但速度必須自動保持一致，這樣就使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉了。實現(xiàn)跑步機的功能，對跑步帶的驅動與速度控制：通常使用直流電動機驅動，直流電動機通過半導體功率器件，使用脈沖寬度控制(PWM)方式實現(xiàn)調速。 本設計的主要意義在于：它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和走，從動作外形上看，幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動跑步機上跑、走比普通跑、走省去了一個蹬伸動作。正是這一點使每一個在電動跑步機上走跑的人感到十分輕松自如，可使人比普通跑步多跑1/3左右的路程，能量消耗也比普通走、跑為多。另外，由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗不同的跑步環(huán)境。 圖1-2 電動機外型圖 1.3 構造設計 多功能電動跑步機主要由機架、電動機、可調電源、跑步皮帶及儀表控制盤組成，其特征在于框架與支架垂直連接，前軸與后軸分別裝在框架的兩端，前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上，跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動皮帶輪緊裝在前滾筒的一端，電動機、可調電源,安裝在框架的前端，控制傳感器裝在電動機上，速度傳感器安裝在緊靠在從動皮帶輪的框架上，皮帶調節(jié)螺栓一端連接在電動機外殼的孔板上，另一端連接在焊接于框架前端的孔板上，跑步機扶手架安裝于支架的頂端，儀表控制盤安裝于扶手架上。 傳動方式采用帶傳動機構，傳動級為一級。同時在支架上安有扭腰盤和伏地挺身架使機器實現(xiàn)其多功能性。 1.4 功能原理的確定 目前市場上比較常見的有傳統(tǒng)跑步機和電動跑步機兩種。傳統(tǒng)跑步機，俗稱“被動式跑步機”。是我國上世紀80年代從國外引進健身觀念時、為適應當時國情而開發(fā)的具有“中國特色”的過渡產物。它的動力來源是使用者通過自身臂部、膝部、踝關節(jié)的活動，推動跑步機而產生的運動。速度由運動者自己控制。這種運動方式，表面上看起來似乎能消耗更多的能量，但其造成的運動傷害也要比在大自然中跑步高出數(shù)倍。 據北醫(yī)三院運動醫(yī)學專家林共周博士解釋：在馬路上跑步，每跑1000米，每只腳就得撞擊地面約1000次左右。而在傳統(tǒng)跑步機上跑步，人體除自身重量產生的震蕩外，腳踝、膝部和臀部的肌肉，特別是肌腱，還要額外承擔向后的扭力來確保跑帶向后運動。由于扭力過度集中在韌帶、關節(jié)等幾個關鍵受力部位，更容易使受力部位肌腱組織產生慢性疲勞，造成損傷。很多傳統(tǒng)跑步機使用者，發(fā)現(xiàn)自己越是認真鍛煉，腿部就越跑越粗，關節(jié)也越練越沒有力氣。 傳統(tǒng)跑步機并不適合患有脊椎軟骨突出、膝關節(jié)炎、踝關節(jié)扭傷、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎的人，因為長期的跑步可能會加重慢性扭傷的情形或加速膝關節(jié)的老化。 電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，這種跑步機能減輕傳統(tǒng)訓練對關節(jié)的沖擊，避免運動受傷，比自然跑步有明顯的優(yōu)勢。跑步時后腳跟先著地，順著跑帶方向運動。手腳模仿跑步的動作，前后揮動，從而使全身肌肉得到均衡的鍛煉。由于跑帶的運動方向與腳步移動的方向一致，韌帶部位的扭力就抵消了，跑起來非常舒適。康復者、兒童、老年人也可以保持身體平衡，從而集中精力安心鍛煉。如果增加運動量，可以加快舞動手腳的速度。用電動跑步機能消除關節(jié)的負載，不但能減肥健身，還有益于受傷后身體的恢復。 1.5 種類分析 跑步機價格較為廉價，已然普遍到各家各戶，隨著“時尚、運動、健康、綠色、環(huán)?！崩砟畹纳钊肴诵?，跑步機類產品的設計、材料、工藝、款式也跟隨市場需求，新材料、精加工、巧構思、高品質和高附加值的跑步機精品不斷涌現(xiàn)。跑步機不但成為人們的代步交通工具，而且進入運動、休閑、娛樂、時尚領域，并融入更多的科技、文化元素，成為所有家庭的必備用具。跑步機發(fā)展，在使用功能上說變化已很少了，現(xiàn)代跑步機的主要發(fā)展在于機架的造型行變化，表面的處理如烤漆、商標的變化使其外觀更美；對自機上的每一個零件進行精雕細琢的改進，使其更合理、美觀；對跑步機的材料上的選用與開發(fā)。由此致使跑步機功能上的變化也沒有很大的改變。 1.6 本章小結 跑步機屬于健康器材類產品,由于跑步機驅動電機必須滿足各種體重的人來使用。一般使用跑步機的目的有兩種：健身,減肥瘦身;如果是減肥瘦身的人來使用,因為身體較肥胖,跑不快,因此驅動電機的低速必須轉矩大才能使用。相反的,健身的人跑步快,但是重量輕,因此高速時的轉矩需求較小;跑步機必須滿足家庭成員每一個人都能使用,因此調速范圍要寬廣,低速轉矩要大,才能滿足不同重量的人。 第2章 電動機的選擇及外形結構設計 2.1 類型功率選擇 當人在跑步機上跑步或走路時，跑步機所承載的重量是人體重的0.8~2.5倍，而馬力就是在這樣的載重量下，還能滿足并維持所選擇的速度，讓人可以在跑步機上走跑自如的驅動力。 通常跑步機一個馬力大概可提供50~60Kg的承載重量，但跑步帶面積大小也和跑步機馬力有相當直接的關系，跑步機的馬力越大，可以帶動的跑步帶面積也越大，所以衡量效率及安全性后，一般建議，家用跑步機合宜的持續(xù)(continuous)馬力應該至少1.5馬力以上，如果家人的體重有超過80公斤，則應選2.0持續(xù)(continuous)馬力以上的跑步機。 此跑步機設計標準為100公斤，則電動跑步機用電動機—ZYT42(NEMA)型永磁直流電動機該型電動機系大功率跑步機中配套的專用驅動元件，經一定的電磁、結構派生處理也可適用于相應的機械裝置中作為驅動元件。該電動機顯著的特點：具有轉速精度高，當人在跑步機上運動時，是一個沖擊負載，該機在這種沖擊負載作用下一轉不差，保持同步轉速，如同在平地上一樣感覺。表現(xiàn)在調速方便(可無級調速)， 調速范圍寬，低速性能(啟動轉矩大)，運行平穩(wěn)，噪音低，效率高。 2.2 技術參數(shù) 型號ZYT42/06 電壓220 VDC 功率2.0 HP 電流不大于9.8A 轉速3400±7% 轉向 逆時針 絕緣等級 F級 圖2-1 電動機外型圖 L1=28.5 L2=272 電動機特性曲線： 圖2-2 電動機特性曲線 2.3 設計步驟及參數(shù)選擇 初始條件：選擇電機為專門為跑步機生產的永磁直流電動機，傳動功率P=1.5KW，主動輪轉速為n1=3400r/min 傳動比定為i=2.1由于多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結構緊湊的場合，特別能適應帶輪直徑小的傳動，所以擇之。以下計算過程所用到的表和圖來源： 1.確定設計功率Pd Pd＝KAP (3-1) 式中 KA——工作情況系數(shù)，根據跑步機使用的特性，選擇每天工作時間＜10h，載荷變動小。KA=1.1 Pd=1.1×1.5=1.65kw 2.帶型號的選擇 對于多楔帶的型號可根據設計功率Pd=1.65KW和小帶輪轉速n1=3400r/min選PJ型多楔帶。 3.確定帶輪直徑de1、de2(有效直徑) 小帶輪有效直徑： 選de1=33.5mm 大帶輪有效直徑: 小帶輪節(jié)圓直徑 dp1=de1+2△e=33.5+2×1.2=36mm △e=1.2 大帶輪節(jié)圓直徑dp2=idp1=2×33.5=67mm de2=dp2-2△e=67-2×1.2=64.6mm 選de2=63mm 4.計算帶速v v=πdp1n1 /(60×1000) m/s (3-2) 注意：v↑→離心力、離心應力↑→FQ↓ →單位時間內的應力循環(huán)次數(shù)N↑ v↓ →P=F×v/100可知，P一定時，F(xiàn)↑→張緊力↑ 一般v在5～25 m/s，最大30 m/s，在8～15 m/s較好 V=∏×36×3400/60×1000=6.4<30m/s，合適 5.初定中心距a0 中心距的大小對帶傳動的影響： a↑→結構大→由于載荷變化引起帶的顫動→掉帶 a↓→帶的長度↓→在一定速度下，單位時間內帶的應力變化次數(shù)N愈多，會加速帶的疲勞損壞； →當傳動比i較大時，包角↓ 對于V帶傳動，中心距a一般可取 2×(de1 ＋de2 )≥a0≥0.7(de1＋de2) (3-3) 67.55〈a0〈193 初定a0=150mm 6.確定帶的有效長度Le Le0=2a0+∏/2(de1＋de2)+(de2-de1)2/4a0 =2150+151.505+1.45 =452.96mm 選Le=450mm 7.計算實際中心距a 中心距的變動范圍 考慮安裝調整和補償張緊力的需要(如膠帶伸長而松弛后的張緊)，尚需給中心距留有一定的調整余量。中心距的調整量為△min=5,￡min=8. a=a0+(Le- Le0)/2 =150-1.48 =148.52mm 則a1=153.52mm a2=140.52mm 8.計算小帶輪包角 α1 ≈∏-(de2-de1 )/a =3.14-0.199 =2.94rad 9.帶每楔所傳遞的額定功率及其增量 由帶型，de1=33.5mm，n1=3400r/min 用插值法計算的 p0=0.14kw 由i=2，n1=3400r/min，用插值法計算得 △p0=0.02kw 10.計算帶的楔數(shù) 用插值法計算Kα=0.97，KL=0.78 Z=1.65/(0.16×0.97×0.78) =13.63 選取Z=12 11.有效圓周力 FT= Pd/v×103 =0.26×103 =260N 12.作用在軸上的載荷 為設計軸和軸承，需確定帶傳動作在軸上的力Fr 得Kr=1.57 則 Fr=1.57×260×0.995 =406.16N 多楔帶的選擇，如圖2-3所示： 圖2-3 多楔帶 2.4 多楔帶帶輪結構和尺寸選擇 要求質量?。唤Y構工藝性好；無過大的鑄造內應力；質量分均勻，轉速高時要經過動平衡 ；輪槽工作面要精細加工(表面粗糙度一般為3.2)，以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。 材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200；轉速較高時宜采用鑄鋼(或用鋼板沖壓后焊接而成)；小功率時可用鑄鋁或塑料。 結構設計帶輪由輪緣，輪輻和輪轂三部分組成 實心式：帶輪基準直徑小于3d(d為軸的直徑)時 腹板式：帶輪基準直徑小于300～350mm時 輪幅式：帶輪基準直徑大于300～350mm時 帶輪的結構設計主要是根據帶輪的基準直徑選擇結構形式，并根據帶的型號及根數(shù)確定輪緣寬度，根據帶的型號確定輪槽尺寸則小帶輪D=33.5選取實心式，大帶輪D=63選取腹板式小帶輪隨電機一起購買。規(guī)格：P12PJ33.5 以跑步機大帶輪P12PJ63為例確定其結構和尺寸： 要求帶輪每毫米有效直徑的輪槽軸向圓跳動公差值為0.002mm.輪槽表面粗糙度Ra的最大允許值為3.2。槽距e=2.34±0.03，槽角α=40o±0.5o，楔頂圓角半徑rb,最小值為0.2，槽底圓弧半徑rt最大值為0.4，檢驗用圓球或圓柱直徑db=1.5±0.01,2X公稱值為0.23，2N最大值1.22，f最小值為1.8，有效線差公稱值￡e=1.2徑向跳動公差0.25，槽間直徑差值最大0.16。n槽數(shù)為12。 帶輪寬=11×2.34+1.8×2=29.34MM 2.5 基架的設計 為了保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減震系統(tǒng)的有效性，基架全部采用焊接結構。基架的設計是整個設計的基礎，也是其他設計的基準。支架，滾筒的選擇，以及前后ABS塑料罩等等，都是依據基架的尺寸和形狀設計的，所以設計開始首先考慮基架的設計，進行樣式，結構，還有尺寸的確定。主要是通過調研，看現(xiàn)有市場上的跑步機的基架結構的流行設計，在此基礎上進行自己產品的開發(fā)，少走彎路，緊跟市場，在尺寸的確定方面參考了人體運動工學推算，45cm寬X130cm跑帶面積，以此保證給人以足夠的運動面積，為主要數(shù)據展開對基架的設計，再考慮電機的尺寸，傳動機構帶傳動的中心距離，電機的安裝，前后滾筒的位置，PWM調速電源的安裝位置，以及傳感器安裝位置的預留等等，設計了上圖的基架，在設計中特意將兩邊框設計了足夠的寬度，以此為鍛煉過程中短暫的休息提供兩腳踩放的位置，另外也為萬一跑步機失靈發(fā)生意外，人可快速兩腳分開脫離旋轉的跑帶，提供足夠的安全踩放位置，如圖2-5所示。 圖2-5 基架 2.6 支架的設計 支架設計分為上下兩部分通過插拔的形式安裝和拆卸，目的是包裝時節(jié)省空間，材料采用空心鋼管，連接為焊接，保證穩(wěn)定性。支架包括扶手，儀表安裝 輔助支架，扭腰盤連接處等，仰臥起坐架直接焊接于輔助連桿上。與基架的連接采用螺栓連接，方便位置的調整和拆裝。底部安有橡膠墊和尾套，保證平衡，最重要的是實現(xiàn)減震的二級緩沖，如圖2-6，2-7，2-8所示。 圖2-6 上支架 圖2-7 下支架 圖2-8 總支架 2.7 前后罩 旋轉傳動機構必須與執(zhí)行機構隔離，保證安全性，同時為了技術保護和美觀，前后罩使用ABS塑料，美觀，有質感，能起到有效的防護作用。設計基準為基架，通過螺釘與基架連接，方便安裝和維護維修，如圖2-9，2-10所示。 圖2-9 前罩 圖2-10 后蓋 2.8 本章小結 多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結構緊湊的場合，特別能適應帶輪直徑小的傳動。整個結構的設計用美國SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS進行三維的實體設計，使設計簡單化和設計化，可以把工作的精力都放在設計上而不是復雜的制圖上。 第3章 前后滾筒 3.1 軸承的計算 軸承類型：深溝球軸承，軸承代號：6301 軸承參數(shù)：軸承內徑：12，軸承外徑：37，軸承寬度：12，額定動載荷：7480，額定靜載荷：4650，極限轉速：22000， 潤滑方式：脂潤滑。 工作參數(shù)：徑向載荷：406.16，軸向載荷：0，使用壽命：30000，工作轉速：1819.8，載荷系數(shù)：1.5。 計算結果： 當量動載荷：609.24 當量靜載荷：609.24 計算壽命：16950 3.2 軸結構的設計 滾筒軸屬于固定心軸——只承受彎矩M≠0；不承受扭矩T=0；軸的毛坯一般用圓鋼或鍛件。結構設計應滿足的基本要求： 軸與軸上零件應具有準確的工作位置——定位要求 軸上零件應易于裝拆和調整——安裝調整要求 軸上零件的固定應牢固可靠——緊固要求 軸應具有良好的制造工藝性——工藝要求 應盡量減少應力集中——提高疲勞強度的要求 軸的各部分結構名稱制造安裝要求 1.——為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸。 2.——為使軸上零件易于安裝，軸端和各軸段的端部應有導角。 3.——軸的形狀和尺寸力求簡單，以便于加工。 4.——軸上磨削的軸段有砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應有推刀槽；軸的材料軸常在交變應力的作用下工作，其材料的要求是：強度高、剛度好、應力集中的敏感度小，抗疲勞，加工性能好，有的軸表面要求也較高。 軸的材料主要采用中碳鋼35或45鋼和合金鋼20Cr或40Cr等。 最常用的是45#鋼（含碳量0.45％），它具有較高的綜合機械性能。 此設計采用45#鋼。 軸的設計包括兩個方面： 結構設計：使軸具有合理的結構形狀，良好的加工工藝性。 強度計算：保證軸在載荷作用下不致斷裂或產生過大的變形。 軸的結構設計 軸的端部應有45°倒角，以便安裝時對中，防止銳邊劃手。 軸的結構設計主要根據以下幾個方面：軸上零件的配置；軸上零件的固定；軸上零件的裝拆；軸的加工工藝性。 軸上零件的固定可分為兩個方向： 周向固定：傳遞扭矩和運動。采用過盈配合。 軸向固定：防止零件在運轉時產生軸向移動。 圖3-1 滾筒結構 3.3 強度計算 由于心軸工作時只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應用上式時，應取T=0。由于是固定心軸，考慮啟動，停止等影響，彎矩在軸截面上所引起的應力可視為脈動循環(huán)變應力。所以 固定心軸的許用應力應為1.7[σ-1] 。 最大彎矩M=0.54/2×300=81N.M 抗彎截面系數(shù)W=∏×d4/64 =[3.14×(0.012)4/64]=2×10-8 強度=M/W=81/(∏×d4/64)=81/2×10-8=40MPa 材料采用45號調質鋼許用彎應力為102MP 40〈102 則通過設計能承受足夠的工作強度。 3.4 滾筒要求 主動滾筒的外圓全跳動小于0.33mm，從動滾筒的外圓全跳動小于0.25mm。滾筒均采用2.1mm壁厚的優(yōu)質鋼管，光潔度達到0.8以下。滾筒均有防靜電處理。滾筒外部經防銹處理。 3.5 本章小結 滾筒要求做動平衡調節(jié)、動平衡精度高，噪音低，準確性高，強度好，應力集中的敏感度小，性能要求制作高，保證在載荷作用下不致斷裂或產生過大的變形，滾筒均有防靜電處理。滾筒外部經防銹處理。 第4章 跑步板及跑步帶設計 4.1 跑步板 電動跑步機的跑步板，它由基板以及覆蓋在基板上或上下兩個表面的導電耐磨層構成。導電耐磨層既可長期承受跑步帶的摩擦，使用壽命高；又可隨時將摩擦產生的靜電荷通過底座導出，避免靜電對人體的不舒感和對跑步機造成的損害?；逵筛呙芏然蛑忻芏壤w維板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纖維板時，強度較高、重量較輕，成本較低，效果較好，本身也提供一部份的吸震功能，導電耐磨層可以在基板上噴涂導電耐磨涂料固化制成，也可以在基板上復合耐磨金屬板制成。導電耐磨涂料層工藝較簡單，成本也較低。復合耐磨金屬板則更牢固。復合耐磨金屬板為復合銅板時效果更好，更耐磨。 4.2 跑步帶 跑帶要求雙層粘合跑帶，具有高傳導性，跑步帶國際防滑型，運動時安全可靠 跑步機，其實就是提供一個跑步的面積，所以絕對要在乎跑步帶面積的大小，左右寬度及前后長度都要夠，否則無法自然邁開步伐，跑起來彎扭不順暢，更容易跌倒。根據人體運動工學推算，45cm寬X130cm長，應是一個合宜的參考面積，然后再依個人的實際條件做增減。有不少廠商生產"加碼"跑步機，跑臺加寬，左右踏條增大，以營造物超所值得虛胖假象，但最重要的跑步帶面積并沒增加；所以焦點要放在跑步帶面積上。理論上來說，在相同的馬力條件下，如果跑步機所能提供的跑步帶面積越大，且整臺實際的占地面積越小，應是較佳的設計。 4.3 跑帶調整 兩個螺栓調整法，如圖4-1所示。 圖4-1 跑帶的調整 如果跑帶偏向左邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以順時針方向旋轉跑臺左后側的滾筒調整螺栓四分之一轉，還有以反時針方向旋轉跑臺右后側的滾筒調整螺栓四分之一轉。勿過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作，直到跑帶位在中央位置。 如果跑帶偏向右邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時針方向旋轉跑臺左后側的滾筒調整螺栓四分之一轉，還有以順時針方向旋轉跑臺右后側的滾筒調整螺栓四分之一轉。勿過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作，直到跑帶位在中央位置，如圖4-2所示。 圖4-2 跑帶左右偏調整方式 要增加跑帶的張力時，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母板手，以順時針方向旋轉跑臺后側的兩個滾筒調整螺栓各四分之一轉。跑帶張力適當時，應該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分種。重復本段動作，直到跑帶張力適當為止。 要減少跑帶的張力時，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時針方向旋轉跑臺后側的兩個滾筒調整螺栓各四分之一轉。跑帶張力適當時，應該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作，直到跑帶張力適當為止。 4.4 跑臺潤滑油的填加 減小跑步帶和跑步板之間的摩檫力，保護跑步板表面的耐磨涂層，延長跑帶、跑板的使用壽命。減少跑步機的電能消耗。讓用戶在運動時更流暢。 品質要求：耐高溫；黏度高；不易揮發(fā)。 使用方法： 掀開左側跑步帶，將潤滑油沿跑步帶方向倒在跑步板上，控制用量為10ml；右側同左側一樣操作方法；將跑步機通電運轉在3KM/H以內，人站上去隨著跑步帶一起運動，用腳有意識的踏壓跑步帶下涂有潤滑油的區(qū)域，使其在跑步板上散布均勻。 使用頻率：6個月加注1次潤滑油。 注意事項：不可過量使用，防止摩檫力太小后跑步帶和傳動滾筒之間打滑影響正常使用。 4.5 本章小結 跑步板和跑步帶的設計是設計的重點，不光要提供一個寬敞舒適的跑步平臺，還得考慮之間的摩擦問題，還有摩擦產生的靜電問題，盡量通過細節(jié)的設計，提供一個真正的健康的鍛煉平臺。 第5章 多功能設計 5.1 扭腰盤設計 如圖5-1所示。扭腰盤設計特點： 1.采用ABS塑料+磁鐵制成，抗沖擊強度高，密度小，便于運輸，完全可以替代鑄件，表面光潔度好，不用噴涂，可節(jié)省費用3-5元，重量僅是鑄件的1/7，從運費上可節(jié)省6/7，采用此產品綜合成本效益可降低40%盤面突起直指病理反射區(qū)穴位，在扭腰同時進行腳底按摩。 2.附有磁鐵，有足療作用。 3.身體隨著轉盤扭動，使腰部、跨部得到充分鍛煉，瘦腰美腿、保持身材。 4.通過磁療，把磁波傳列到人體，在細胞內發(fā)生旋渦狀的二次電流，排除多余脂肪及毒素。 5.增強血液循環(huán)，健美強身兩不誤。 圖5-1 扭腰盤 5.2 連接結構設計 設計直徑為250mm，通過長桿與支架相連，用時把鐵銷把出，旋轉放在皮帶上方，即可使用，鍛煉完畢旋轉折疊，插上鐵銷，則扭腰盤依附與支架上，可以進行別的項目的鍛煉，如圖5-2所示。 圖5-2 扭腰盤支架 5.3 旋轉結構設計 此扭腰盤選用單向推力軸承和深溝球軸承配合完成對軸轉動的的支撐。 單向推力軸承計算： 軸承類型：單向推力球軸承(50000)，軸承代號：51104 軸承參數(shù)：軸承內徑：20，軸承外徑：35，軸承寬度：10，額定動載荷：11000，額定靜載荷：19800，極限轉速：6700，潤滑方式：脂潤滑 工作參數(shù)：徑向載荷：0，軸向載荷：1000，使用壽命：3000，工作轉速：20，載荷系數(shù)：1.1 計算結果：當量動載荷：1100.00，當量靜載荷：1100.00，計算壽命：833350 深溝球軸承只是簡單起個軸向固定和保持軸位置的固定的作用，如圖5-2所示。 圖5-2 扭腰盤旋轉機構 5.4 仰臥起坐架的設計 根據美國醫(yī)療協(xié)會報導,做仰臥起坐對人體新陳代謝 有絕對的幫助,其可增進肺部運動量因而提升免疫力。此設計結構簡單，與支架焊接在一起，平穩(wěn)堅固、使用簡單，屬于很大眾化的設計，對強化胸部、腰部大小肌肉，消除腹部贅肉最有效，在鍛煉中與跑步配合，使跑步機不再成為乏味的單一運動器械，而且結構位置絲毫不影響跑步帶鍛煉，如圖5-3所示。 圖5-3 仰臥起坐架 5.5 跑步機的維護與保養(yǎng) 1.在您第一次或定期使用本電動跑步機時，請用潤滑劑涂在跑步帶的內表面，以減少相互間的磨擦阻力，減輕電動機的負荷。 2.經常在跑步機的各部位用干凈的抹布清潔，除灰塵，以維護各零件正常運轉的性能。 3.定期地使用一滴或二滴潤滑油在輥軸軸承上，以保證軸承較好的滾動性能。 4.定期地檢查跑步機的各個螺釘、螺栓及螺帽，若有松動，請立即用工具鎖緊固定。 5.6 如何使用跑步機 1.在練習跑步機之前，準備活動比較簡單，主要做一些腿部肌肉、關節(jié)的準備活動就可以了，比如側壓腿、活動腳腕等。 2.如果想要跑步機練習變得活躍、豐富起來，可以將跑步機放置在電視機前，一邊看自己喜歡的電視節(jié)目一邊練習，或在練習時一邊聽自己喜歡的音樂一邊練習也可以，但大部分的注意力一定要放在跑步機上還可以讓家人配合，在練習時經常給自己大聲地鼓勵，這樣可以很好地活躍練習時的氣氛。 3.其他注意細節(jié)： (1) 即使在家中練習跑步機，也要穿運動裝和運動鞋進行練習，不要光腳練習。 (2) 在練習的過程中，最好每15分鐘就補充一定的水分，但不可太多。 (3) 不要在跑步機上進行倒走練習。 (4) 訓練次數(shù)每周不要超過四次，在飯后一個小時進行為好。 (5) 訓練強度不宜過大，不一定非要練得大汗淋淋，這樣的效果并不見得就好，患有心臟疾病或高血壓的朋友更不宜大運動量使用跑步機，室內空氣要保持暢通，空調不宜開得過低。 (6) 如果是為了減脂而練習跑步機，可在練習期間配合腹部力量訓練，如仰臥起坐等。 (7) 練習跑步機不是一兩天就能看見練習效果的，要配合其他的戶外有氧鍛煉，在平時要注意減少高油脂食物的攝入量，吸煙的朋友要在練習期間減少吸煙的次數(shù)。 (8) 不要閑談。破壞了運動節(jié)律,使動作質量數(shù)量難以保證,鍛煉效果大大折扣。 (9) 不要亂開玩笑。超負荷鍛煉,必須全神貫注,全力以赴,亂開玩笑會轉移運動者的注意力或因發(fā)笑泄氣,破壞運動節(jié)奏。 5.7 本章小結 多功能的設計表現(xiàn)在兩方面，一個是通過程序的設計，設計不同的模式使鍛煉者可以進行不同程度的鍛煉，另一個是添加附屬器件，比如此設計中扭腰盤和仰臥起坐架，但是不是功能越多越好，必須考慮彼此不影響，保證鍛煉的準確性。 結 論 跑步的“頭等大事”就是要保護好膝蓋——跑步鞋具有緩沖減震的效果就是這個道理。使用跑步機比起在戶外路跑最大的好處是：跑步機它提供了避震效果，大量消除每一步伐的反作用沖擊力，保護了膝蓋關節(jié)。跑步機的避震方式采用具彈性的橡膠墊將跑臺和底座框架墊隔開，使跑臺成懸吊狀態(tài)，進而產生吸收震動的功能而達到避震的效果。因此避震效果是否可以有效的展現(xiàn)發(fā)揮，完全得看跑步機的基座結構是否牢靠穩(wěn)固。所以采用了足夠牢固的鋼材規(guī)格，結構撐架以焊熔連接，沒有采用螺栓，在基座結構上再加上橡膠墊和橡膠尾套，使整個基架又對力產生一個緩沖，實現(xiàn)二級緩沖！本設計中跑步板采用高密度纖維板，本身也提供一部份的吸震功能，但厚度至少需有2.5公分以上，以確保在吸震同時，不因沖擊而龜裂，另外在使用時可在跑步機的支撐點下，加鋪具有彈性的鋪墊，以增加避震效果。 現(xiàn)在高級跑步機的最大賣點之一就是避震系統(tǒng)，所以設計和改進跑步機避震系統(tǒng)首當其沖，是設計思路和技術攻克的重點?！疤铡迸婆懿綑C減震系統(tǒng)設計相當敏感，站上跑步板，它會自動測出你的體重，根據數(shù)據，機器自動調整適合你的減震指數(shù)，避免膝蓋受傷。健身器目的是鍛煉身體，好的避震系統(tǒng)是跑步機的保障，如果沒有對力的多重緩沖，跑步機就成為了跑步的隱型殺手，在不自覺中會損傷關節(jié)，而設計獨特的避震系統(tǒng)能給鍛煉者帶來草地般舒適感覺，使在跑步機上的運動真正成為一種享受。 致 謝 漫長的設計接近了尾聲，從開始的迷茫到現(xiàn)在任務的完成。走過彎路，想過放棄，最后還是堅持下來了。由于跑步機資料的缺少，開始的工作舉步唯艱，只能是漫長的調研和上網查詢。但是涉及到專利技術的保護，收獲甚微，只好無數(shù)次的猜想和論證，走了很多彎路，感受到了什么叫萬事開頭難，甚至覺的憑自己所掌握的知識完不成跑步機的設計，只好開始了漫無目的的收集資料。 在收集資料的過程中，只要是對自己有幫助的就收藏起來，一幅圖，一句話都不放過，發(fā)現(xiàn)一點點有幫助的知識點，欣喜半天，慢慢堅定了自己要完成設計任務的信心，終于在一幅圖上發(fā)現(xiàn)了自己想要的東西，很快的很多工作可以展開了思路，在主要數(shù)據反復計算完成后，確定了自己的方案。接下來任務就是三維零件實體建模了，在軟件的選擇上，選了美國SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS進行了學習，此軟件的特點就是上手快，而且在很多公司都要求會SOLIDWORKS，因為此軟件便宜但功能還比較強大，在很多公司的設計采購里是首選，容易實現(xiàn)其普遍性和正版化。在設計中學習軟件，進度很快，因為心理明白要設計的是什么需要怎么去設計，相應的去學習軟件對應的功能，就明白了軟件的某功能可以干什么，能完成什么。在零件的建模中，慢慢的自己很多模糊的東西都明顯化，和矛盾化，需要自己去明確的數(shù)據去論證，更嚴重的是核心的東西也有可能是錯誤的，但值的高興的是，自己從設計中學到了很多東西，四年學習了很多，可又似很模糊，現(xiàn)在從一個產品開發(fā)設計的角度去學習，很多東西恍然，欣喜自己找到了以后深造的方向，可以在畢業(yè)后能繼續(xù)本專業(yè)的學習。 建模過程占據了設計的大部分時間和經歷，有些零件反反復復很多次，在無法完成的情況下，只好再去各大商場去調研，有了前面的工作，接下來的調研顯的收獲很大，使自己越來越專注于自己的設計，感覺每個數(shù)據，每個零件特征的繪制都流淌著自己的血。 隨著時間的一天天過去，自己的成績也明朗化，終于整個結構完成了，進行了零件的裝配，按照任務書的進度，設計也慢慢接近了尾聲，在過程中，指導老師***做了整體把握，對細節(jié)問題給予了莫大的幫助，使設計更精益求精，對設計中沒有注意到的問題給予了指出。在此工作完成之時，忠心謝過！ 雖然設計任務完成了，但還有很多需要改進的方面，我的努力只能說是此新課題的一個開始，希望在以后的設計中能被更多的同學去進行大膽和新思路的創(chuàng)新，逐步完善這個課題，吸收和借鑒國外和國內先進和時尚的理念，設計開發(fā)我們自己特色的產品。隨著人們健身意識的不斷提高，健身器械的需求越來越大，希望老師能把此課題作為健身器械系列課題一直做下去，做為開始的我無比榮幸！ 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